Síntese de óxido de zircônio por processo sol-gel aplicado para desenvolvimento de microssistema em vidro
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Data
2019
Autores
Suzuki, Alex Hideyoshi Fancio [UNIFESP]
Orientadores
Silva, Heron Dominguez Torres da [UNIFESP]
Tipo
Dissertação de mestrado
Título da Revista
ISSN da Revista
Título de Volume
Resumo
Este trabalho tem como intuito demonstrar as etapas de fabricação de
microssistemas em vidro para serem aplicados na microfluídica. O processo
proposto é uma microfabricação alternativa e de baixo custo, com uso de
lâminas e lamínulas de vidro. Estes dispositivos futuramente poderão ser
acoplados à dispositivos ópticos e eletrônicos e a elementos microfluídicos,
como válvulas e microbombas, que poderão ser utilizados em protótipos
embarcados por meio de um sistema arduino para realizar análises de águas.
A principal inovação para o desenvolvimento deste microssistema
encontra-se no processo de selagem com a utilização de óxido de zircônio
(ZrO2), pois além do processo de selagem, este material seria capaz de atuar
como superfície de retenção para a formação de um sistema de pré
concentração para fósforo. O óxido de zircônio foi sintetizado por processo sol
gel, a partir de oxicloreto de zircônila. O processo ocorre por meio de uma
neutralização em duas etapas. Na primeira etapa foram estudadas as
proporções de Zr:OH-
: 1:1; 1:0,875 e 1:0,75, e para segunda parte as
proporções Zr:CH3COOvariaram de acordo com cada proporção de Zr:OH-
,
sendo as proporções de Zr:OHe Zr:CH3COOde 1:0,875 e 1:0,4 apresentaram
melhor desempenho para a microfabricação, com tempo de 15 dias para
formação do Zr(O)(OH)Cl, formação de gel estável e com tempo de gel de 1
min.
A microfabricação é dividida em três partes: deposição da máscara,
corrosão e selagem do sistema. Neste trabalho o foco está na selagem química
do sistema, com estudo sobre a limpeza de substrato, ativação da superfície e
lavagem do gel de óxido de zircônio para avaliar a interação entre os
substratos de vidro e o óxido de zircônio para determinar a melhor forma de
selagem. Este estudo mostrou que a selagem química demanda um elevado
grau de limpeza e o preenchimento do microdispositivo com o óxido de zircônio
em conjunto com este tipo de selagem se demonstrou um processo complexo.
Apesar disso, este processo é viável, e há muitos conceitos de sustentabilidade
presentes, reforçando todo o potencial deste trabalho.
This paper aims to demonstrate the manufacturing steps of glass microsystems to be applied in microfluidics. The proposed process is an alternative and low cost microfabrication, using glass slides and coverslips. These devices may in future be coupled with optical and electronic devices and microfluidic elements such as valves and micropumps, which may be used in prototypes embedded by an Arduino system to perform water analysis. The main innovation for the development of this microsystem is in the sealing process with the use of zirconium oxide (ZrO2), because in addition to the sealing process, this material would be able to act as a retention surface for the formation of a sealing system. pre concentration for phosphorus. Zirconium oxide was synthesized by sol gel process from zirconium oxychloride. The process occurs by a two-step neutralization. In the first stage the Zr: OH- : 1:1 ratios were studied; 1:0.875 and 1: 0.75, and for the second stage Zr: CH3COOratios varied according to each Zr: OH- ratio, with Zr:OH- and Zr: CH3COOratios being 1:0.875 and 1:0.4 showed better performance for microfabrication, with 15 days for Zr(O)(OH)Cl formation, stable gel and 1 min gel time. Micromanufacturing is divided into three parts: mask deposition, corrosion and system sealing. In this work the focus is on the chemical sealing of the system, with study on substrate cleaning, surface activation and washing of zirconium oxide gel to evaluate the interaction between glass substrates and zirconium oxide to determine the best form of substrate. sealing. This study showed that chemical sealing requires a high degree of cleanliness and the filling of the microdevice with zirconium oxide together with this type of sealing proved to be a complex process. Nevertheless, this process is viable, and there are many sustainability concepts present, reinforcing the full potential of this work.
This paper aims to demonstrate the manufacturing steps of glass microsystems to be applied in microfluidics. The proposed process is an alternative and low cost microfabrication, using glass slides and coverslips. These devices may in future be coupled with optical and electronic devices and microfluidic elements such as valves and micropumps, which may be used in prototypes embedded by an Arduino system to perform water analysis. The main innovation for the development of this microsystem is in the sealing process with the use of zirconium oxide (ZrO2), because in addition to the sealing process, this material would be able to act as a retention surface for the formation of a sealing system. pre concentration for phosphorus. Zirconium oxide was synthesized by sol gel process from zirconium oxychloride. The process occurs by a two-step neutralization. In the first stage the Zr: OH- : 1:1 ratios were studied; 1:0.875 and 1: 0.75, and for the second stage Zr: CH3COOratios varied according to each Zr: OH- ratio, with Zr:OH- and Zr: CH3COOratios being 1:0.875 and 1:0.4 showed better performance for microfabrication, with 15 days for Zr(O)(OH)Cl formation, stable gel and 1 min gel time. Micromanufacturing is divided into three parts: mask deposition, corrosion and system sealing. In this work the focus is on the chemical sealing of the system, with study on substrate cleaning, surface activation and washing of zirconium oxide gel to evaluate the interaction between glass substrates and zirconium oxide to determine the best form of substrate. sealing. This study showed that chemical sealing requires a high degree of cleanliness and the filling of the microdevice with zirconium oxide together with this type of sealing proved to be a complex process. Nevertheless, this process is viable, and there are many sustainability concepts present, reinforcing the full potential of this work.